טכנולוגיות קוונטיות: תובנות חדשות לגבי תהליכים מוליכי-על

פיתוח מחשב קוונטי שיכול לפתור בעיות, שמחשבים קלאסיים יכולים לפתור רק במאמץ רב או בכלל לא - זוהי המטרה שאליה שואפים כיום מספר הולך וגדל של צוותי מחקר ברחבי העולם. הסיבה: אפקטים קוונטיים, שמקורם בעולם החלקיקים והמבנים הקטנים ביותר, מאפשרים יישומים טכנולוגיים חדשים רבים. מוליכי-על, המאפשרים עיבוד מידע ואותות על פי חוקי מכניקת הקוונטים, נחשבים לרכיבים מבטיחים למימוש מחשבים קוונטיים. עם זאת, נקודת תקלה של ננו-מבנים מוליכי-על היא שהם פועלים רק בטמפרטורות נמוכות מאוד ולכן קשה ליישם אותם ביישומים מעשיים. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });

חוקרים מאוניברסיטת מינסטר וממרכז המחקר יוליך הדגימו כעת, לראשונה, את מה שמכונה קוונטיזציה של אנרגיה בננו-חוטים העשויים מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה - כלומר מוליכי-על, שבהם הטמפרטורה עולה מתחתיה שולטות השפעות מכניות קוונטיות. הננו-חוט המוליך-על מקבל אז רק מצבי אנרגיה נבחרים שניתן להשתמש בהם לקידוד מידע. במוליכי-העל בטמפרטורה גבוהה, החוקרים הצליחו גם לצפות לראשונה בבליעה של פוטון בודד, חלקיק אור המשמש להעברת מידע.

"מצד אחד, התוצאות שלנו יכולות לתרום לשימוש בטכנולוגיית קירור פשוטה משמעותית בטכנולוגיות קוונטיות בעתיד, ומצד שני, הן מציעות לנו תובנות חדשות לחלוטין לגבי התהליכים השולטים במצבי מוליכות-על והדינמיקה שלהם, שעדיין לא מובנות", מדגיש ראש המחקר, פרופסור קרסטן שוק מהמכון לפיזיקה באוניברסיטת מינסטר. לכן, התוצאות עשויות להיות רלוונטיות לפיתוח סוגים חדשים של טכנולוגיית מחשב. המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications.

המדענים השתמשו במוליכי-על העשויים מהיסודות איטריום, בריום, תחמוצת נחושת וחמצן, או בקיצור YBCO, מהם ייצרו חוטים דקים בגודל של כמה ננומטרים. כאשר מבנים אלה מוליכים זרם חשמלי, מתרחשת דינמיקה פיזיקלית הנקראת "החלקות פאזה". במקרה של ננו-חוטי YBCO, תנודות בצפיפות נושא המטען גורמות לשינויים בזרם-על. החוקרים חקרו את התהליכים בננו-חוטים בטמפרטורות מתחת ל-20 קלווין, התואם למינוס 253 מעלות צלזיוס. בשילוב עם חישובי מודל, הם הדגימו קוונטיזציה של מצבי אנרגיה בננו-חוטים. הטמפרטורה שבה החוטים נכנסו למצב קוונטי נמצאה ב-12 עד 13 קלווין - טמפרטורה גבוהה פי כמה מאות מהטמפרטורה הנדרשת לחומרים המשמשים בדרך כלל. זה איפשר למדענים לייצר תהודה, כלומר מערכות תנודות המכוונות לתדרים ספציפיים, עם אורך חיים ארוך בהרבה ולשמור על מצבים מכניים קוונטיים לאורך זמן רב יותר. זהו תנאי מוקדם לפיתוח ארוך טווח של מחשבים קוונטיים גדולים יותר ויותר.

מרכיבים חשובים נוספים לפיתוח טכנולוגיות קוונטיות, אך פוטנציאלית גם לאבחון רפואי, הם גלאים שיכולים לרשום אפילו פוטונים בודדים. קבוצת המחקר של קרסטן שוק באוניברסיטת מינסטר עובדת מזה מספר שנים על פיתוח גלאי פוטון בודדים כאלה המבוססים על מוליכי-על. מה שכבר עובד היטב בטמפרטורות נמוכות, מדענים בכל רחבי העולם מנסים להשיג באמצעות מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה במשך יותר מעשור. בננו-חוטי YBCO ששימשו למחקר, ניסיון זה הצליח כעת לראשונה. "הממצאים החדשים שלנו סוללים את הדרך לתיאורים תיאורטיים חדשים הניתנים לאימות ניסיוני ופיתוחים טכנולוגיים", אומר המחבר השותף מרטין וולף מקבוצת המחקר שוק.

אתם יכולים להיות סמוכים ובטוחים שהעורכים שלנו עוקבים מקרוב אחר כל משוב שנשלח וינקטו בפעולות המתאימות. דעותיכם חשובות לנו.

כתובת הדוא"ל שלך משמשת רק כדי ליידע את הנמען מי שלח את הדוא"ל. לא הכתובת שלך ולא כתובת הנמען ישמשו לכל מטרה אחרת. המידע שתזין יופיע בהודעת הדוא"ל שלך ולא יישמר על ידי Phys.org בשום צורה שהיא.

קבל עדכונים שבועיים ו/או יומיים שיישלחו לתיבת הדואר הנכנס שלך. באפשרותך לבטל את המנוי בכל עת ולעולם לא נשתף את הפרטים שלך עם צדדים שלישיים.

אתר זה משתמש בקובצי Cookie כדי לסייע בניווט, לנתח את השימוש שלך בשירותים שלנו ולספק תוכן מצדדים שלישיים. על ידי שימוש באתר שלנו, הנך מאשר שקראת והבנת את מדיניות הפרטיות ותנאי השימוש שלנו.